本技术涉及碳材料科学,专注于氮掺杂碳点的创新制备方法及其应用。通过将选定的碳源与氮源混合并进行水热合成,成功制备出氮掺杂碳点。该方法不仅提高了材料的性能,还拓展了其在多个领域的应用潜力。
背景技术
紫外线是太阳光中的一部分,包括UV-C(200~280nm)、UV-B(280~320nm)和UV-A(320~400nm)。其中,UV-C无法穿过臭氧层到达地球表面,UV-B和UV-A辐射的强度虽然比可见光和红外线辐射低得多,但其光子的能量超过了碳碳单键的能量,当紫外线辐射与空气中的氧气相结合,能够使高分子材料产生自由基,最终导致高分子材料降解。在没有保护的情况下,人类皮肤长期暴露在阳光下也会导致各种有害影响。其中,UV-B作为地球上主要的活性波段,轻则导致红斑、皮肤灼伤、皮肤光老化和免疫抑制等慢性影响,重则对人类DNA造成直接的光化学损伤,引起基因突变,是皮肤癌发展的主要因素之一。UV-A可以诱发皮肤晒黑,长期暴露可以造成皮肤损伤,使皮肤失去弹性,出现皱纹和诱发光毒性和光过敏反应。
随着近几十年来全球气候变化,臭氧层经历了长期的损耗,其成分不断发生变化,厚度变薄,紫外线辐射剂量也相应增加。结合近年来全世界公布的皮肤癌发病率的不断上升,大众对各类防晒产品的需求大大增长。如佩戴太阳镜、撑遮阳伞、穿着具有防晒功能的服装、使用带有防晒配方的化妆品等等。与此同时,随着工业机器以及医学设备的不断升级,可提供高紫外线屏蔽效率的固态透明材料需求变大,例如遮阳顶棚、防紫外线隐形眼镜、特殊保护型封装材料等。这些材料可以通过将合适的紫外线吸收材料并入透明聚合物基质中来制造。虽然有机紫外线吸收剂和无机紫外线吸收剂(如TiO2、ZnO等)都可用作紫外线屏蔽材料,但其透明度较低,无法完成全波段的紫外屏蔽,耐酸碱性、稳定性和耐候性不足以长期使用。因此,必须开发具有高稳定性、高透明度和全波段紫外屏蔽性能的新型紫外屏蔽材料。
碳点(CDs)作为近几十年来的新型材料引起了大量的研究关注。CDs在高光致发光(PL)方面具有优越性,易于制备,具有较低的毒性、水溶性好、多功能表面化学、良好的生物相容性等优势。由于CDs具有优异的紫外线吸收能力和化学惰性,被广泛认为是制备高透明紫外线屏蔽纳米复合材料的潜在候选材料。然而,市售碳点尚未达到全紫外波段全屏蔽,且屏蔽性能较差,耐老化、耐酸碱性能薄弱。
防紫外薄膜等户外防护材料日益成为应用需求最广大的部分,它要求该材料在长期紫外照射下保持高光性能稳定性,在酸雨现象日渐严重的环境里保持高耐酸碱腐蚀性,在特殊应用中拥有可见光高透过性等等。目前市售的有机紫外吸收剂和无机紫外吸收剂都具有较多缺点,如无法做到全紫外波段吸收、透明度较低、耐酸碱性、稳定性和耐候性不足以长期使用等,无法成为理想的紫外屏蔽剂,更无法与有机材料进行复合,从而制备可应用于户外的紫外屏蔽薄膜。由于气候变化及人们对防晒产品的需求增加,我们发现市售的遮阳伞均为非透明伞布,且大多一面为黑色,有失美观。
实现思路